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SEMINÁRIO - ENG 797. CARACTERIZAÇÃO MORFOLÓGICA, HIDROLÓGICA E AMBIENTAL DA BACIA DO RIO TURVO SUJO, VIÇOSA, MG EQUIPE Prof. Gilberto C. Sediyama - Orientador.

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1 SEMINÁRIO - ENG 797

2 CARACTERIZAÇÃO MORFOLÓGICA, HIDROLÓGICA E AMBIENTAL DA BACIA DO RIO TURVO SUJO, VIÇOSA, MG EQUIPE Prof. Gilberto C. Sediyama - Orientador Prof. Vicente Paulo Soares - Conselheiro Prof. Antônio Teixeira de Matos - Conselheiro Alexandre Rosa dos Santos- Doutorando

3 INTRODUÇÃO 1 HISTÓRICO DA OCUPAÇÃO DA BACIA DO RIO TURVO SUJO 2BACIAS HIDROGRÁFICAS - LIMA (1976) 3AUTODEPURAÇÃO DOS CURSOS DÁGUA - VON SPERLING (1996) 4 ASPECTOS ECOLÓGICOS DA AUTODEPURAÇÃO - VON SPERLING (1996) 6MODELO DE AUTODEPURAÇÃO DESENVOLVIDO POR STREET E PHELPS (1925)

4 Esgotos Curso DÁgua t o t f Tempo (d) ou distância (km) C o C c D c C s C o C c OD (mg/L) Pontos característicos da curva de depressão de OD

5 OBJETIVOS ñMODELAR E CARACTERIZAR MORFOLOGICAMENTE A BACIA HIDROGRÁFICA DO RIO TURVO SUJO, MINAS GERAIS ñCARACTERIZAR QUÍMICA, FÍSICA E BIOQUIMICAMENTE AS ÁGUAS SUPERFICIAIS DOS TRÊS PRINCIPAIS CURSOS DÁGUA DA BACIA HIDROGRÁFICA (RIBEIRÃO SÃO BARTOLOMEU, RIOS TURVO SUJO E TURVO LIMPO) ñDETERMINAR OS COEFICIENTES DE DESOXIGENAÇÃO (K 1 ) E REAERAÇÃO (K 2 ) PARA OS TRÊS CURSOS DÁGUA ñAPRIMORAR E TESTAR UMA NOVA VERSÃO DE UM MODELO COMPUTACIONAL PARA A DETERMINAÇÃO DE PARÂMETROS RELACIONADOS COM A AUTODEPURAÇÃO

6 MATERIAIS E MÉTODOS 1 CARACTERIZAÇÃO DA ÁREA EM ESTUDO 2 MODELAGEM HIDROLÓGICA DA BACIA DO RIO TURVO SUJO Informações de referência utilizadas para análises ñ Operações que envolveram a modelagem hidrológica do terreno Geração da base de dados 3 ANÁLISE MORFOMÉTRICA DA BACIA

7 Área de estudo mostrando a bacia hidrográfica e os cursos dágua com seus pontos amostrais. AAA

8 AUTO-CAD INTERCOM Modelo Numérico do Terreno (MNT) FILTER Modelo Numérico do Terreno (MNT) sem Distorções RECLASS Mapa de Hidrografia Hierarquizado Mapa de Curva de Nível Mapa de Hidrografia Mapa de Limite Mapa de Limite Reclassificado Modelagem Hidrológica e Análise Morfométrica da bacia do rio Turvo Sujo DXF- IDRISI Interpolação dos valores altimétricos das curvas de nível Eliminação das distorções da grade de interpolação Hierarquização da hidrografia segundo critério proposto por HORTON (1945) AAA

9 WATERSHED Mapa de discretização de bacias hidrográficas Modelo Numérico do Terreno (MNT) SLOPE Bacias de 1 km 2, 10 km 2, 25 km 2 e 45 km 2 RECLASS 0 - 3% (Relevo plano) 3 - 8% (Relevo suavemente ondulado) % (Relevo ondulado) % (Relevo fortemente ondulado % (Relevo montanhoso) >75% (Relevo fortemente montanhoso) Mapa de classes de declividade da bacia ASPECTRECLASS graus graus graus graus graus graus graus graus Mapa de orientação do terreno da bacia ANALYTICAL HILSHADING Mapa de modelo sombreado do terreno Delineamento das bacias hidrográficas Declividade do terreno Orientação do terreno Modelo sombreado do terreno AAA

10 Área total Perímetro total Ordem dos cursos de água Comprimento do curso dágua principal Comprimento total dos cursos dágua Características geométricas Características do relevo Características da rede de drenagem Coeficiente de compacidade K c = 0,28 P A Fator de forma K f = A L2L2 Declividade mínima Declividade média Declividade máxima Mapa de declividade Reclassificação (10 classes variando de 10 em 10%) Declividade entre a foz e a nascente Cota máx - Cota min S 1 = L Altitude média Altitude máxima Altitude mínima Mapa de classes de curva de nível Reclassificação (classes de curva de nível de 20 em 20 metros) Altitude mediana Declividade de equivalência entre áreas S 2 = Cota min + h L Declividade equivalente constante S 3 = L i Li Li DiDi 2 Densidade de drenagem D d = LtLt A Extensão média dos escoamento superficial I = A 4L t

11 4 CARACTERIZAÇÃO QUÍMICA, FÍSICA E BIOQUÍMICA DAS ÁGUAS DO RIBEIRÃO SÃO BARTOLOMEU E RIOS TURVO SUJO E TURVO LIMPO ñ Temperatura da água (T) ñ Sólidos sedimentáveis (SS) ñ Sólidos totais (ST) ñ Oxigênio dissolvido (OD) ñ Alcalinidade ñ Acidez ñ Potencial hidrogeniônico (pH) ñ Demanda química de oxigênio (DQO) ñ Demanda bioquímica de oxigênio (DBO) ñ Vazão (Q)

12 5 DETERMINAÇÃO DOS COEFICIENTES DE DESOXIGENAÇÃO (K 1 ) E REAERAÇÃO (K 2 ) DAS ÁGUAS DO RIBEIRÃO SÃO BARTOLOMEU E RIOS TURVO SUJO E TURVO LIMPO ñ Coeficiente de desoxigenação (K 1 ) - STREETER e PHELPS (1925) em que, L t = DBO remanescente em um tempo t qualquer (mg/L) L o = DBO remanescente em tempo t = 0 (mg/L) t = tempo (dias) K 1 : Coeficiente de desoxigenação (d -1 ) y = DBO exercida em um tempo t (mg/L)

13 ñ Coeficiente de reaeração (K 2 ) Pesquisador FórmulaFaixa de aplicação OCONNOR e DOBBINS (1958) 3,73 v 0,5 H -1,5 0,6m H < 4,0 m 0,05 m/s v < 0,8 m/s CHURCHILL et al (1962) 5,0 v 0,97 H -1,67 0,6m H < 4,0 m 0,8 m/s v < 1,5 m/s OWENS et al (1976) 5,3 v 0,67 H -1,85 0,1m H < 0,6 m 0,05 m/s v < 1,5 m/s v: velocidade do curso dágua (m/s) H: altura da lâmina dágua (m) KRENKEL e ORLOB (1962) 8,15 (v S) 0,408 H -66 _ CHURCHIL, ELMORE e BUCKINGHAM (1962) 0,235 v 0,969 H -1,673 _ OWENS, EDWARDAS e GIBSS (1964) 0,25 v 0,67 H -1,85 0,12m H < 3,35 m 0,03 m/s v < 1,52 m/s 0,325 v 0,73 H -1,75 0,12m H < 0,73 m 0,03 m/s v < 0,548 m/s

14 6 APRIMORAMENTO E TESTE DE UMA NOVA VERSÃO DE UM MODELO COMPUTACIONAL PARA A DETERMINAÇÃO DE PARÂMETROS RELACIONADOS COM A AUTODEPURAÇÃO DE CURSOS DÁGUA ADÁGUA 2.0 Modelo proposto por STREETER e PHELPS (1925)

15 RESULTADOS E DISCUSSÕES

16 Modelagem Hidrológica do Terreno

17 Modelo numérico do terreno (MNT) após a interpolação e discretização do limite da bacia

18 Intervalos de curvas de nível variando de 20 em 20 m para a bacia hidrográfica

19 Hidrografia da bacia

20 Ordem Comprimento (km)Porcentagem (%) 1 721,6238, ,7324, ,5116, ,9511,09 527,66 1, ,867,74 Comprimento total e porcentagem de ocorrência de cada uma das ordens dos cursos dágua

21 Sobreposição da hidrografia sobre os intervalos de curvas de níveis da bacia hidrográfica

22 Classes de declividade da bacia hidrográfica

23 Quantificação das áreas homogêneas por classes de declividade para a bacia hidrográfica Declividade (%) Superfície (km 2 ) % relativa do total da bacia (plano) 98, (ondulado suave) 21, (ondulado) 119, (ondulado forte) 143, (montanhoso)18,65 > 75 (montanhoso forte) 4,58 24,27 5,23 29,42 35,36 4,59 1,13

24 Orientação do terreno da bacia hidrográfica

25 Quantificação das áreas homogêneas por classes de exposição, para a bacia hidrográfica Exposição (graus) Superfície (km 2 ) % relativa do total da bacia (N - NE) 155, (NE - E) 21, (E - SE) 43, (SE - S) 34, (S - SW)33, (SW - W) 34,97 38,36 5,35 10,74 8,55 8,31 8, (W - NW)43, (NW - N) 37,68 10,82 9,27

26 Perspectiva ortográfica da bacia hidrográfica

27 Análise Morfométrica da Bacia

28 Resultados preliminares obtidos por meio de técnicas estatísticas e do posterior uso de equações hidrológicas Caraterística física Valores Área de drenagem (A) Perímetro (P) Comprimento do rio principal (L) Coeficiente de compacidade (K c ) Fator de forma (K f ) Comprimento total dos cursos dágua (L t ) 406,437 km 2 140,930 km 145,857 km 1,957 0, ,336 km Densidade de dreangem (D d ) Ordem dos cursos dágua 4,634 km/km 2 Ordem 6 Extensão média do escoamento superficial (I) 0,054 km

29 Declividade média = 0,184 m/m Declividade mediana = 0,140 m/m Curva de distribuição de declividade da bacia hidrográfica

30 Curva hipsométrica da bacia hidrográfica Altitude máxima = 940,00 m Altitude mínima = 660,00 m Altitude média = 730,94 m Altitude mediana = 728,00 m

31 Linha S1 Linha S3 Linha S2 S1 = 0,00194 m/m S2 = 0,00544 m/m S3 = 0,00064 m/m Perfil longitudinal do rio Turvo Sujo representado pelas declividades S1, S2 e S3

32 Caracterização Química, Física e Bioquímica das Águas do Ribeirão São Bartolomeu e Rios Turvo Sujo e Turvo Limpo

33 Parâmetros Amostras 1234 Altitude (m) 640,0 676,4680,0 Temperatura da água ( o C) 12,0 Sólidos sedimentáveis (mLL -1 ) 0,3 0,0 Sólidos totais (mgL -1 ) 0,152 0,0130,0210,016 Oxigênio dissolvido (mgL -1 ) 2,04 7,235,379,46 Alcalinidade (mgL -1 de alcalinidade em termos de CaCO 3 ) 93,0 2,038,016,0 Acidez (mgL -1 de acidez em termos de CaCO 3 ) 6,0 18,03,02,0 Potencial hidrogeniônico (adimensional) 7,78 7,307,287,24 Demanda química de oxigênio (mgL -1 ) 257,9 39,7198,419,8 Demanda bioquímica de oxigênio (5 mL) (mgL -1 ) 163,1 120,8179,4042,23 Velocidade da água (ms -1 ) 0,39 0,210,490,36 Altura da lâmina dágua (m) 0,27 1,390,871,01 Área da seção transversal (m 2 ) 0,80 2,782,623,02 Vazão (m 3 s -1 ) 0,31 0,581,281,10 Notas: Amostra 1 : Efluente ribeirão São Bartolomeu Amostra 2: Afluente rio Turvo Sujo Amostra 3: Efluente rio Turvo Sujo Amostra 4: Afluente rio Turvo Limpo

34 Determinação do Coeficiente de Desoxigenação (K 1 ) e reaeração (K 2 ) das Águas do Ribeirão São Bartolomeu e Rios Turvo Sujo e Turvo Limpo

35 Origem das amostras K 1 (d -1 ) DBO 5 (mgL -1 ) Curso dágua 1 (5 mL) 0,29 Curso dágua 2 (5 mL) 0,22 Curso dágua 3 (5 mL) 0,36 Curso dágua 4 (5 mL)0,20 166,60 120,83 179,40 42,28 L O (mgL -1 ) 216,58 181,25 215,28 67,65 Valores do coeficiente de desoxigenação (K 1 ) para as quatro amostras em estudo

36 Amostra 1 (volume 5mL, Lo = 216,58 mgL -1, K 1 = 0,29 d -1 ) Amostra 2 (volume 5mL, Lo = 181,25 mgL -1, K 1 = 0,22 d -1 ) Amostra 3 (volume 5mL, Lo = 215,28 mgL -1, K 1 = 0,36 d -1 ) Amostra 4 (volume 5mL, Lo = 67,650 mgL -1, K 1 = 0,20 d -1 ) Influência do coeficiente K 1 na progressão da DBO para amostras com valores de DBO 5 e L o diferentes

37 Curso dágua Pesquisadores 1 K 2 (d -1 ) OWENS et al (1976) KRENKEL e ORLOB (1962) CHURCHIL, ELMOORE e BUCKINGHAM (1962) OWENS, EDWARDAS e GIBSS (1964) 2 OCONNOR e DOBBINS (1958) KRENKEL e ORLOB (1962) CHURCHIL, ELMOORE e BUCKINGHAM (1962) OWENS, EDWARDAS e GIBSS (1964) 3 OCONNOR e DOBBINS (1958) KRENKEL e ORLOB (1962) CHURCHIL, ELMOORE e BUCKINGHAM (1962) OWENS, EDWARDAS e GIBSS (1964) 4 OCONNOR e DOBBINS (1958) KRENKEL e ORLOB (1962) CHURCHIL, ELMOORE e BUCKINGHAM (1962) OWENS, EDWARDAS e GIBSS (1964) 26,8 1,18 0,59 1,19 0,86 0,30 0,02 0,04 2,66 0,59 0,11 0,15 1,82 0,47 0,07 0,09

38 Aprimoramento e Teste de uma Nova Versão de um Modelo Computacional para a Determinação de Parâmetros Relacionados com a Autodepuração de Cursos Dágua

39 ADÁGUA 2.0 Modelo proposto por STREETER e PHELPS (1925) EXEMPLO DE UMA SIMULAÇÃO REAL UTILIZANDO O PROGRAMA ADÁGUA 2.0

40 Perfil de oxigênio dissolvido para diversas alternativas de tratamento do efluente ribeirão São Bartolomeu

41 Perfil de oxigênio dissolvido para diversas alternativas de tratamento do efluente rio Turvo Sujo

42 CONCLUSÕES De acordo com os resultados do coeficiente de compacidade (K c = 1,957), fator de forma (K f = 0,019) e densidade de drenagem (D d = 4, 634 km/km 2 ), há menos possibilidade de ocorrência de chuvas intensas cobrindo simultaneamente toda a extensão da bacia, e, juntamente com o fato da contribuição dos tributários atingir o curso dágua principal em vários pontos, a bacia em estudo constitui uma área não muito sujeita a enchentes; Pelo fato do ribeirão São Bartolomeu receber praticamente todos os efluentes oriundos da cidade de Viçosa, sua concentração de oxigênio dissolvido na água foi a que apresentou o valor mais baixo em relação aos outros cursos dágua.

43 Por apresentarem maior concentração de matéria orgânica, os cursos dágua 1 e 3 apresentaram valores elevados de DQO e DBO 5, quando comparadas com os cursos dágua 2 e 4. As amostras que tiveram os menores valores de K 1 (cursos dágua 2 e 4), apresentaram uma taxa de estabilização da matéria orgânica mais lenta, implicando numa DBO última elevada, e não completa ainda no 20 o dia. Os três cursos dágua em estudo tem maiores facilidades diluição de oxigênio ao longo da profundidade e à criação de maiores turbulências na superfície em vista dos resultados elevados do coeficiente de reaeração.

44 O rio Turvo Sujo se degrada bastante, apresentando concentrações de oxigênio sempre abaixo do mínimo permissível, atingindo o valor crítico de 0,53 mgL -1 à uma distância de 11,88 km do encontro com o ribeirão São Bartolomeu. Pelo fato da concentração de oxigênio do rio Turvo Limpo ser bastante elevada (9,46 mgL -1 ), a concentração de oxigênio da mistura mostrou-se também elevada, favorecendo melhorias da autodepuração do rio Turvo Limpo quando o efluente rio Turvo Sujo for submetido a diferentes alternativas de eficiência do tratamento.

45 ENGENHARENGENHARIIAAAGRAGRÍÍCOLACOLAENGENHARENGENHARIIAAAGRAGRÍÍCOLACOLAIAÍ


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